BAB II TINJAUAN PUSTAKA. daerah tropik. Tumbuhan ini dikenal sangat tahan kekeringan dan mudah

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Uraian Tumbuhan Jarak pagar merupakan tumbuhan semak berkayu yang banyak ditemukan di daerah tropik. Tumbuhan ini dikenal sangat tahan kekeringan dan mudah diperbanyak dengan stek. Walaupun telah lama dikenal sebagai bahan pengobatan dan racun, saat ini jarak pagar makin mendapat perhatian sebagai sumber bahan bakar hayati untuk mesin diesel karena kandungan minyak bijinya (Anonim 1, 2010). Jarak pagar merupakan tanaman penghasil minyak non-edible yang mayoritas digunakan sebagai bahan baku penghasil biodiesel. Sebagai bahan baku pembuatan biodiesel, produk sampingan dari proses transesterifikasi dari minyak jarak pagar dapat digunakan untuk membuat berbagai macam produk seperti kertas berkualitas tinggi, pellet energi, sabun, kosmetik, pasta gigi, dan sebagai obat batuk (Anonim 1, 2010) Sinonim Nama Daerah Tumbuhan Jarak pagar ini dikenal dengan berbagai nama di Indonesia, yaitu : (Sunda) Jarak kusta ; (Jawa tengah) Jarak Cina; (Madura) Kalele; (Bali) Jarak Pager; (Alor) Kuman Nema; (Gorontalo) Bintalo; (Ternate dan Tidore) Balacai Hisa; (Makasar) Tanggang-Tanggang Kali (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI, 2000).

2 Nama Asing Adapun nama asing dari tumbuhan jarak pagar adalah : (Bahasa inggris) purging nuts (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI, 2000) Morfologi Tumbuhan Ciri-ciri dari tumbuhan jarak pagar yaitu : Habitus Batang Daun : Semak, menahun, tinggi 1½-5 m : Berkayu, bulat, bercabang, bergetah, putih kotor : Tunggal, tersebar, bekas daun tampak jelas, bulat telur, bertoreh, pertulangan menjari, panjang 5-15 cm, lebar 6-16 cm, hijau Bunga : Mejemuk, bentuk malai, di ujung batang dan di ketiak daun, kelopak terdiri dari lima daun kelopak, bulat telur, panjang ± 4 mm, benang sari mengelompok pada pangkal, kuning, tangkai putik tiga, pendek, hijau, kepala putih melengkung keluar, kuning daun mahkota lima, ungu. Buah Biji : Kotak, panjang 2-3 cm, hijau : Bulat telur, coklat kehitaman Akar : Tunggang, putih kotor (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI, 2000) Sistematika Tumbuhan Adapun sistematika dari tumbuhan Jarak pagar adalah : Kingdom Divisi Sub Divisi Kelas Ordo Famili : Plantae : Spermatophyta : Angiospermae : Dicotyledonae : Euphorbiales : Euphorbiaceae

3 Genus : Jatropha Spesies : Jatropha curcas L. (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI, 2000) Kandungan Kimia Prinsip pembuatan minyak mentah (crude oil) jarak pagar adalah dengan memisahkan minyak dengan kandungan senyawa lain dalam daging biji atau inti biji dengan cara pengepresan. Biji jarak selain mempunyai kandungan minyak, juga mengandung protein dan senyawa lain, seperti terlihat pada tabel berikut: Senyawa Kandungan (%) Minyak/Lemak 38 Protein 18 Serat 15,5 Air 6,2 Abu 5,3 Karbohidrat 17 Tabel 1. Kandungan Kimia Biji Jarak Pagar (Nurcholis, 2007) Penggunaan Tumbuhan Daun Jatropha curcas berkhasiat sebagai obat cacing, obat perut kembung dan obat luka. Untuk obat cacing dipakai ± 5 g daun segar Jatropha curcas, ditambah ½ sendok teh minyak kelapa, digerus sampai lumat, dioleskan di sekitar dubur pada waktu akan tidur. (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI, 2000). 2.2 Pengepresan Minyak Jarak Pengepresan mekanik merupakan cara pemisahan minyak dari bahan yang berupa biji-bijian. Cara ini paling sesuai untuk memisahkan minyak dari bahan yang kadar minyaknya tinggi, yaitu sekitar 30%-70%. Minyak jarak pagar terkandung

4 dalam bahan yang berbentuk biji dengan kandungan minyak sekitar 30%-50%. Dengan demikian metode ekstraksi yang paling sesuai untuk biji jarak yaitu teknik pengepresan mekanik (Hambali, 2006). Dua cara yang umum digunakan pada pengepresan mekanik biji jarak yaitu pengepresan hidrolik (hydraulic pressing) dan pengepresan berulir (expeller pressing). Cara lain adalah kombinasi pengepresan mekanik dengan ekstraksi pelarut, tetapi cara ini jarang digunakan (Hambali, 2006) Pengepresan Hidrolik Pengepresan hidrolik adalah pengepresan dengan menggunakan tekanan. Tekanan yang dapat digunakan sekitar 140,6 kg/cm. Besarnya tekanan akan mempengaruhi minyak jarak yang dihasilkan. Pada teknik pengepresan hidrolik sebelum dilakukan pengepresan, biji jarak diberi perlakuan pendahuluan berupa pemberian suhu panas atau pemasakan. Pemasakan dapat dilakukan dengan cara pemanasan di oven ataupun pengukusan dengan menggunakan uap air (steam). Pemasakan biji jarak bertujuan untuk menggumpalkan protein dalam biji jarak. Penggumpalan protein ini diperlukan untuk efisiensi ekstraksi (Hambali, 2006). Umumnya, pada pengepresan hidrolik jumlah minyak yang dapat diperoleh mencapai 80% dari kadar minyak yang terdapat pada daging biji (Hambali, 2006) Pengepresan berulir Teknik pengepresan biji jarak dengan menggunakan ulir (screw) merupakan teknologi yang lebih maju dan banyak digunakan di industri pengolahan minyak jarak saat ini. Dengan cara ini, biji jarak dipres dengan pengepresan berulir (screw) yang berjalan secara kontinu. Pada teknik ini, biji jarak yang akan diekstraksi tidak perlu dilakukan perlakuan pendahuluan. Biji jarak kering yang akan diekstraksi

5 dapat langsung dimasukkan kedalam screw press. Tipe alat pengepress berulir yang digunakan dapat berupa pengepres berulir tunggal (single screw press) atau pengepres berulir ganda (twin screw press) (Hambali, 2006). Salah satu kelebihan pengepresan dengan menggunakan ulir adalah dapat dilakukan secara kontinu sehingga kapasitas produksi menjadi lebih besar. Biji jarak dapat dimasukkan kedalam alat pengepres secara kontinu, lalu minyak akan mengalir keluar dari biji akibat pengepresan oleh ulir (screw). Kemudian, minyak dapat keluar dan langsung terpisah dari ampas (bungkil) yang keluar pada bagian ujung ulir (Hambali, 2006). 2.3 Minyak Dan Lemak Lemak dan minyak terdiri dari trigliserida campuran yang merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang. Minyak nabati terdapat dalam buahbuahan, kacang-kacangan, biji-bijian. Dalam jaringan hewan lemak terdapat pada hamper seluruh badan, tetapi jumlah terbanyak terdapat dalam jaringan adipose dantulang sumsum (Ketaren, 1986). Minyak dan lemak tidak berbeda dalam bentuk trigliseridanya dan hanya berbeda dalam bentuk (wujud). Komposisi atau jenis asam lemak dan sifat-sifat fisikokimia tiap jenis minyak berbeda-beda, dan hal ini disebabkan oleh perbedaan sumber, iklim, keadaan tempat tumbuh dan pengolahan (Ketaren, 1986) Sifat Fisik Minyak Jarak Pagar Adapun sifat fisik dari minyak jarak yaitu : Sifat fisik Satuan Nilai Titik nyala (Flash point) 0 C 236 Densitas pada 15 o C g/cm 3 0,9177

6 Viskositas pada 30 o C mm 2 /s 49,15 Residu karbon % (m/m) 0,34 Kadar abu sulfat % (m/m) 0,007 Titik tuang 0 C -2,5 Kadar air Ppm 935 Kadar sulfur Ppm <1 Bilangan Asam mg KOH/g 4,75 Bilangan Iod g iod/100 g minyak 96,5 Tabel 2. Sifat Fisik Minyak Jarak Pagar (Hambali, 2006) Kandungan Dan Kegunaan Bahan kimia yang trakndung dalam tumbuhan Jarak Pagar diantaranya α- amirin, kampesterol, β-sitosterol, 7-ketosittosterol, dan HCN. Efek farmakologisnya diantaranya melancarkan peredaran darah, menghilangkan bengkak, menghentikan pendarahan, dan menghilangkan gatal (Depkes dan Kesejahteraan Sosial RI 3, 2009). 2.4 Esterifikasi Metil ester dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak. Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari suatu ester dengan alkohol lain dalam suatu proses yang menyerupai hidrolisis. Namun berbeda dengan hidrolisis, pada proses transesterifikasi yang digunakan bukanlah air melainkan alkohol. Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan. Untuk mendorong reaksi agar bergerak ke kanan agar dihasilkan metil ester maka perlu digunakan alkohol dalam jumlah berlebih atau salah satu produk yang dihasilkan harus dipisahkan. (Hambali, 2006). Faktor utama yang mempengaruhi rendemen ester yang dihasilkan pada reaksi transesterifikasi adalah rasio molar antara trigliserida dan alkohol, jenis

7 katalis yang digunakan, suhu reaksi, waktu reaksi, kandungan air, dan kandungan asam lemak bebas pada bahan baku (yang dapat menghambat reaksi yang diharapkan) (Hambali, 2006)). Reaksi transesterifikasi trigliserida dengan etanol adalah sebagai berikut: Gambar 1. Reaksi transesterifikasi 2.5 Sulfonasi Asam lemak dengan α-tersulfonasi memiliki aplikasi yang sangat luas dan memiliki sifat biologis yang baik sebagai surfaktan. Sebuah teknik untuk memproduksi mensulfonasi asam lemak dengan menggunakan kondisi rekasi khusus sangat mungkin dilakukan tanpa menggunakan pelarut. Penggunaan gas SO 3 memberikan hasil dengan rendemen 97% (Stein, 1975) Metil Ester Sulfonat Surfaktan dapat disintesis dari minyak nabati melalui senyawa antara metil ester asam lemak (fatty acid methyl ester) dan alkohol lemak (fatty alcohol). Salah satu proses untuk menghasilkan surfaktan adalah proses sulfonasi terhadap metil ester menghasilkan metil ester sulfonat (MES). Proses sulfonasi terjadi dengan mereaksikan pereaksi pensulfonasi seperti gas SO 3, H 2 SO 4 berasap, NaHSO 3 dengan metil ester asam lemak. Disebut sulfonasi karena proses ini melibatkan

8 penambahan gugus sulfon pada senyawa organik (Nightingale, 1987; Schwuger and Lewandowski, 1995). Surfaktan digunakan dalam jumlah besar pada berbagai produk kosmetik dan farmasi, detergen dan produk-produk pembersih lainnya. Biasanya setelah digunakan, produk yang mengandung surfaktan tersebut dibuang sebagai limbah yang pada akhirnya akan dibebaskan ke permukaan air. Biodegradasi dan mekanisme penguraian lain sangat diperlukan untuk mengurangi jumlah dan konsentrasi surfaktan yang mencapai lingkungan. Salah satu alternatif untuk mengurangi kerusakan lingkungan akibat penggunaan surfaktan adalah memperluas peggunaan surfaktan alami. Metil ester sulfonat merupakan surfaktan alami turunan ester asam lemak yang dibuat secara sintesis (Brown, 1995). Metil ester sulfonat (MES) merupakan surfaktan anionik yang dibuat melalui proses sulfonasi dengan menggunakan bahan baku dari minyak nabati. Keunggulan MES dibandingkan dengan surfaktan yang dibuat dari minyak bumi (petroleum) adalah sifatnya dapat diperbarui, lebih ramah lingkungan karena mudah didegradasi oleh bakteri, memiliki ketahanan terhadap kesadahan dan temperatur tinggi, dan memiliki pembusaan yang rendah (Satsuki, 1994; Schwuger and Lewandowski, 1995). 2.6 Surfaktan Molekul-molekul dan ion-ion yang diadsorbsi pada antarmuka dinamakan surface active agent atau surfaktan. Nama lainnya adalah amfifil, yang menunjukkan bahwa molekul atau ion tersebut mempunyai afinitas tertentu terhadap solven polar maupun nonpolar. Tergantung dari jumlah dan sifat dari gugus polar dan nonpolar

9 yang ada padanya, amfifil dapat bersifat hidrofilik (suka air), lipofilik (suka minyak) atau bersifat seimbang di antara dua sifat tersebut. Sifat amfifilik dari surfaktan itulah yang menyebabkan ia diadsorbsi pada antarmuka. Keadaan asam lemak yang diadsorbsi pada antarmuka udara/air dan minyak/air seperti dalam gambar 2. Gambar 2. Molekul surfaktan membentuk misel (a. Gugus hidrofilik dan hidrofobik surfaktan; b. Misel atau agregat surfaktan) Pada antarmuka udara/air, rantai-rantai lipofilik diarahkan ke atas masuk dalam udara, pada antarmuka minyak/air mereka bergabung dengan fase minyak. Dengan cara berorientasi demikian pada antarmuka minyak/air, maka molekulmolekul surfaktan membentuk suatu jembatan antara fase polar dan fase non polar yang menyebabkan terjadinya transisi antara kedua fase tersebut lebih baik. Untuk membuat agar amfifil terkonsentrasi pada antarmuka, maka amfifil harus seimbang dengan pengertian gugus-gugus yang larut dalam air harus seimbang dengan gugusgugusnya yang larut dalam minyak Tegangan permukaan Fenomena Antarmuka Jika ada dua fase atau lebih berada bersama-sama, maka batas antara fase fase tersebut dinamakan antarmuka. Sifat-sifat molekul yang membentuk antarmuka tersebut berbeda dengan molekul-molekul yang berada dalam tiap fase. Fenomena

10 antarmuka dalam farmasi dan pengobatan merupakan faktor yang mempengaruhi adsorbsi obat, penetrasi molekul melalui membran biologik, terbentuknya emulsi dan stabilitasnya dan dispersi partikel-partikel; yang tidak larut dalam medium cair untuk membentuk suspensi. Sifat antarmuka dari surface active agent atau surfaktan dapat disamakan dengan sifat alveoli paru-paru yang menyebabkan organ tersebut dapat bekerja efisien (Moechtar, 1989) Tegangan Muka dan Tegangan Antarmuka Dalam zat cair, gaya kohesif antara molekul satu dengan molekul-molekul tetangganya besar pengaruhnya. Sebagai contoh tetesan zat cair yang tersuspensi dalam udara, maka molekul molekul di dalam tetesan tersebut dikelilingi oleh molekul-molekul lainnya dari segala jurusan yang mempunyai gaya tarik-menarik yang sama. Gambar 3. Gaya-gaya tarik-menarik yang tidak sama pada permukaan zat cair Namun, molekul-molekul yang berada di permukaan tetesan akan menerima gaya kohesif yang sama dari molekul-molekul tetangganya. Akan tetapi mereka mengalami gaya tarik menarik adhesive dengan udara yang relatif kecil. Efek keseluruhannya ialah molekul-molekul di permukaan tersebut mengalami gaya ke dalam yang menyebabkan luas permukaan cair tersebut menjadi lebih kecil. Gaya yang diberikan sejajar dengan permukaan untuk mengimbangi gaya ke dalam dinamakan tegangan muka. Tegangan antarmuka adalah gaya per satuan panjang

11 yang terjadi antaramuka antara dua fase cair yang tidak dapat tercampur. Tegangan antarmuka lebih kecil dari tegangan muka sebab gaya adhesive antara dua fase cair yang membentuk anatarmuka lebih besar dari gaya adhesive antara fase cair dan fase gas yang membentuk antarmuka ( Moechtar, 1989 ) Pengukuran Tegangan Permukaan Metode Kenaikan Kapiler Bilamana suatu kapiler dimasukkan ke dalam labu yang berisi zat cair, maka pada umumnya zat cair akan naik di dalam tabung sampai jarak tertentu. Dengan mengukur kenaikan ini, maka tegangan muka zat cair dapat ditentukan dengan metode ini. Gaya yang ada antara molekul-molekul yang sama dikenal sebagai gaya kohesif. Gaya yang ada antara molekul-molekul yang tidak sama, seperti gaya antara zat cair dan dinding dari tabung kapiler gelas dikenal sebagai gaya adhesive. Bilamana gaya adhesive antara molekul zat cair dan dinding lebih besar dari gaya kohesif maka zat cair tersebut dikatakan membasahi dinding kapiler, yaitu menjalar melalui dinding dan naik dalam tabung ( Moechtar, 1989 ) Metode Cincin Du Nuoy Tensiometer Du Nouy banyak dipakai untuk mengukur tegangan muka dan tegangan antarmuka. Prinsip alat tersebut berdasarkan kenyataan bahwa gaya yang dibutuhkan untuk memisahkan cincin platina-iridium yang dicelupkan pada permukaan atau antarmuka adalah berbanding lurus dengan tegangan muka atau tegangan antarmuka. Gaya yang dibutuhkan untuk memisahkan cincin tersebut ditetapkan dengan kawat yang berputar dan ini dicatat pada dial berkalibrasi dalam satuan dyne. Tegangan muka dinyatakan dengan rumus : Pembacaan dial dalam dyne

12 F = 2 x keliling cincin x faktor koreksi Kesalahan-kesalahan sebesar 25 % dapat terjadi jika faktor koreksi tidak diperhitungkan dan digunakan (Moechtar 1989) Nilai HLB Griffin menemukan suatu skala nilai-nilai yang digunakan sebagai ukuran keseimbangan hidrofil-lipofil (HLB = Hidrophilic-Lipophilic Balance) dari surfaktan. Dengan pertolongan sistem bilangan ini dimungkinkan untuk menentukan suatu jarak HLB yang mempunyai efisiensi optimum untuk setiap surfaktan. Makin tinggi HLB suatu zat, makin hidrofilik zat tersebut. Gambar 4. Klasifikasi surfaktan berdasarkan nilai HLB. Davies menghitung HLB surfaktan dengan memecah molekulnya menjadi gugus-gugus komponennya, masing-masing ditandai dengan angka gugus.

13 Zat HLB Asam oleat 1 Gliseril mono oleat 3,8 Sorbitan mono oleat (Span 80) 4,3 Sorbitan mono laurat (Span 20) 8,6 Trietanolamin oleat 12,0 Polioksi etilen sorbitan mono oleat (Tween 80) 15,0 Polioksi etilen sorbitan mono laurat (Tween 20) 16,7 Natrium oleat 18,0 Natrium lauril sulfat 40 Tabel 3.Nilai HLB dari beberapa zat ampifilik Dengan menjumlahkan angka-angka gugus tersebut, maka nilai HLB suatu surfaktan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini HLB = (angka gugus hidrofilik) - (angka gugus lipofilik) + 7 Dibawah ini beberapa angka gugus representative yang tercantum Gugus Hidrofilik Angka Gugus - -SO 4 Na + 38,7 -COO - Na + 19,1 Ester (Cincin sorbitan ) 6,8 Ester (Bebas) 2,4 Hidroksil (Bebas) 1,9 Hidroksil (Cincin sorbitan) 0,5 Gugus Lipofilik -CH- -CH 2-0,475 -CH 3 =CH- Tabel 4. Angka gugus HLB

14 2.7 Spektrofotometri Inframerah Spektrofotometri inframerah banyak digunakan dalam identifikasi analisa kimia organik untuk menentukan gugus fungsi suatu senyawa. Frekuensi inframerah biasanya dinyatakan dalam satuan bilangan gelombang (wavenumber), yang didefinisikan sebagai banyaknya gelombang per sentimeter. Daerah pengukuran radiasi inframerah yang umumnya digunakan untuk menyelidiki senyawa-senyawa organik adalah cm -1, dimana pada daerah cm -1 merupakan daerah gugus fungsi, dan pada daerah cm -1 adalah daerah sidik jari (fingerprint region) yang memberikan spektrum yang khas untuk setiap senyawa (Hart, dkk. 2003; Silverstein, et al. 1981). Spektrum inframerah suatu senyawa dapat dengan mudah diperoleh dalam beberapa menit. Sedikit sampel diletakkan dalam instrumen dengan sumber radiasi inframerah. Spektrofotometer secara otomatis membaca sejumlah radiasi yang menembus sampel dengan kisaran frekuensi tertentu dan merekam pada kertas berapa persen radiasi yang ditransmisikan. Radiasi yang diserap oleh molekul muncul sebagai pita pada spektrum (Hart, dkk. 2003). Spektrofotometri inframerah ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang belum diketahui, karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut. Metode ini banyak digunakan karena cepat dan relatif murah, dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dan jenis ikatan yang ada dalam molekul, selain itu inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas karena dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut (Silverstein, et al. 1981).